beton prategang modul 1.doc

MODUL PERKULIAHAN

Beton Prategang Pengenalan Beton Prategang

Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh

Teknik Perencanaan dan Desain

Teknik Sipil 01 MK11046 Donald Essen, ST, MT

Abstract KompetensiModul ini bertujuan untuk memberikan pemahaman dasar mengenai beton prategang bila dibandingkan dengan beton bertulang

Mahasiswa/i mendapatkan gambaran awal dari konsep dasar beton prategang, sistem prategang yang ada baik keuntungan dan kekurangannya dibandingkan dengan beton bertulang serta metoda pelaksanaan yang umum digunakan dilapangan

Sejarah Teknologi PrategangPara Pionir

Pemahaman terhadap konsep prategang sebetulnya bukan sesuatu yang sangat asing bagi

orang yang awam sekalipun. Pada aplikasi sehari-hari manusia menerapkan konsep prategang

karena dilakukan secara intuitif. Sebagai contoh dapat dilihat pada Gambar 1 dimana sebuah

tong kayu yang digunakan untuk mengisi air dan diikat dengan sabuk besi dimana prategang

dapat terjadi secara pasif maupun aktif. Prategang pasif apabila, sabuk besi yang diikat tidak dikencangkan pada awalnya. Untuk kaskus ini, apabila tong kayu dalam kondisi kosong,

penggunaan sabuk besi tidak ada manfaatnya. Namun setelah tong kayu diisi air, tekanan

hidrostatik air akan mendorong tong kayu kesegala arah dimana akibat dorongan tersebut

sabuk besi akan mengalami gaya kekangan sedemikian sehingga terjadi keseimbangan antara

gaya kekangan dan gaya hidrostatik air. Sabuk besi harus tentu saja harus mampu memikul

gaya kekangan tersebut. Apabila sabuk besi tidak mampu memikul gaya kekangan yang terjadi,

tong kayu tidak akan mampu memikul gaya hidrorostatik dan terlepas satu sama lain sehingga

terjadi kebocoran.

Prategang aktif apabila sabuk besi yang diikat sudah dikencangkan pada awalnya. Untuk

kasus ini, sebelum air diisi, gaya kekangan sudah bekerja pada tong kayu sehingga kayu yang

sayu akan memberikan gaya tekan pada kayu-kayu disebelahnya yang membuat tong kayu

menjadi lebih rapat dibandingkan dengan kasus pretegang pasif sebelumnya.

Gambar 1 – Tong kayu yang diisi air

‘14 2 Beton Prategang

Pusat Bahan Ajar dan eLearningDonald Essen, ST, MT http://www.mercubuana.ac.id

Prinsip prategang aktif yang ini digunakan oleh P.H Jackson (USA, 1886) dan C.E.W Doehring

(Jerman, 1888) untuk mematenkan struktur lantai busur dari blok-blok batu dan beton yang

diikat dengan kawat baja yang diberi gaya prategang awal seperti diperlihatkan pada Gambar 2.

Gambar 2 – Lantai blok batu/beton yang dikikat dengan kawat baja

Pada prakteknya, lantai-lantai busur dari blok batu/beton ini mengalami kegagalan dikarenakan

gaya prategang yang diberikan diawal akan hilang dengan berjalannya waktu. Sehingga gaya

gesekan antar blok-blok tersebut akan hilang dan tidak mampu lagi memikul berat sendirinya.

G.R Steiner (USA, 1908) menyadari terjadinya kehilangan gaya prategang ini dan menyarankan

sistem pengencangan ulang yang dipatenkan olehnya dengan menggunkan turn-buckle untuk

tangki silider yang terbuat dari beton seperti diperlihatkan pada Gambar 3.

Gambar 3 – Sistem turn-buckle untuk pengencangan kawat baja pada tangki air

Walaupun cukup sukses secara komersil, paten dari G. R Steiner ini tidak mampu memberikan

penyelesaian yang lebih sederhana akibat kehilangan gaya prategang yang terjadi. Metoda



pengencangan ulang pada dasarnya membutuhkan pekerjaan perawatan dan pengamatan dan

tidak aplikatif untuk struktur-struktur yang lain.

R.E Dill (USA, 1925) yang pertama menyadari kehilangan gaya prategang akibat pengaruh

susut dan rangkak. Beliau yang mengusulkan penggunaan baja mutu tinggi untuk

mengkompensasi kehilangan prategang yang terjadi dengan berjalannya waktu. Dengan

penggunaan baja mutu tinggi ini, maka proses pengencangan kembali pada dasarnya tidak

diperlukan.

E. Freyssinet (Perancis, 1926) adalah yang pertama melakukan terobosan terhadap

penggunaan baja mutu tinggi dimana salah satu paten yang dibuat adalah kawat baja dengan

mutu mencapai 1725 MPa. Freysinnet juga yang mematenkan teknologi wedge anchor yang

digunakan secara luas sampai sekarang. Proyek pionir jembatan beton prategang yang dibuat

oleh Freysinnet adalah Jembatan Marne dengan panjang 55 m (1941) yang ditunjukkan pada

Gambar 4.

Gambar 4 – Eugene Freyssinet dan jembatan prategang pionirnya Jambatan Marne

Kemajuan teknologi beton pada era ini memungkinkan jembatan beton prategang untuk

memiliki panjang bentang yang beberapa kali lebih panjang dibanding jembatan yang dibangun

pada era Freyssinet. Jembatan beton prategang dengan bentang terpanjang saat ini adalah

Jembatan Stolma di Norwegia dengan panjang bentang yaitu 301 m seperti diperlihatkan pada

Gambar 5. Pada perencanan jembatan ini, beton ringan mutu tinggi (lightweight high strength

concrete) digunakan dengan kombinasi prategang.



Gambar 5 – Jembatan Stolma pada saat konstruksi

Beton Prategang di Indonesia

Konstruksi struktur beton dengan memanfaat teknologi prategang bukan hal yang baru di

Indonesia. Teknologi prategang sudah digunakan pada konstruksi Jembatan Rantau Berangin

untuk menyebrangi Sungai Batanghari, Propinsi Riau ditahun 1974. Jembatan Rantau Berangin

ini merupakan jembatan beton menerus dengan metoda konstruksi tipe segmental free

cantilever, lihat Gambar 6. Panjang bentang total adalah 201 m dengan bentang tengah yaitu

121 m dan dua bentang samping yaitu 40 m. Sebagai perencana adalah NV IBIS dari Belanda

dengan kontraktor pelaksana yaitu Waskita Karya dengan Prof. Dr. Ir. Roosseno

Soerjohadikoesoemo sebagai penasehat.

Gambar 6 – Jembatan Rantau Berangin. Riau (1974)



Transfer teknologi dilakukan oleh ahli-ahli Belanda kepada insinyur-insinyur Indonesia untuk

jenis konstruksi jembatan jenis ini untuk kemudian diaplikasikan pada jembatan-jembatan

lainnya antara lain adalah Jembatan Raja Mandala untuk menyebrangi Sungai Citarum, Jawa

Barat ditahun 1979, lihat Gambar 7 dan Jembatan Arakundo yang melalui saluran irigasi

disekitar Sungai Jambo Aye, Aceh ditahun 1990 lihat Gambar 8 serta jalan tol layang Cawang-

Tanjung Priok, Jakarta pada antara tahun 1987-1990. Aplikasi beton prategang memungkinkan

perancangan dan pelaksanaan dari jembatan-jembatan beton tersebut diatas untuk diwujudkan.

Gambar 7 – Jembatan Raja Mandala, Jawa Barat (1979)

Gambar 8 – Jembatan Arakundo, Aceh (1979)



Untuk konstruksi gedung, salah satu gedung bertingkat teritinggi di Jakarta yang dibangun pada

dekade 1980an adalah Gedung Wisma Dahrmala (sekarang : Intiland Tower) yang ditunjukkan

pada Gambar 9. Pada proyek ini, gaya prategang dimanfaatkan untuk menyeimbangkan gaya

pada kolom struktur yang berada pada eksterior dan interior gedung. Hal ini dilakukan untuk

menghilangkan pengaruh perbedaan penurunan pada balok penghubung sehingga gaya dalam

yang dipikul oleh balok menjadi lebih kecil.

Gambar 9 – Wisma Dharmala, Jakarta (1990)



Mengapa Beton Prategang?Konsep Dasar Beton Prategang

Konsep dasar pada beton prategang dibagi menjadi tiga (3) rumusan sebagai berikut:

1. Beton prategang dapat dianggap sebagai material yang linier-elastikUntuk material yang linier-elastik, analisis tegangan sederhana pada penampang dapat

dilakukan dengan prinsip-prinsip dasar mekanika bahan untuk material yang linier-

elastik.

2. Beton prategang merupakan salah satu tipe beton bertulangBaik beton prategang maupun beton bertulang memenuhi tiga prinsip dasar pada

mekanika bahan yaitu:

i) Persamaan Keseimbangan

ii) Kompatibilitas Regangan

- Kompatibilitas regangan pada teori lentur menyatakan bahwa penampang

yang datar sebelum lentur akan tetap datar sesudah lentur

- Dengan asumsi ada ikatan yang sempurna (tidak ada slip) antara beton dan

tulangan, maka besarnya regangan pada tulangan adalah sama dengan

regangan pada beton di serat yang sama



iii) Hubungan Tegangan Regangan

- Untuk material yang linier-elastik maka hubungan-tegangan regangan akan

memenuhi hukum Hooke

3. Gaya prategang bekerja sebagai beban penyeimbang (Load Balancing) dari beban luar yang bekerjaGaya prategang bertujuan untuk memberikan tegangan tekan awal pada bagian beton

bertulang yang akan mengalami tarik nantinya. Dengan demikian gaya prategang

bekerja untuk melawan beban luar yang bekerja. Tabel 1 menunjukkan persamaan

beban penyeimbang dari gaya prategang dengan beberapa bentuk profil tendon

Tabel 1 – Beban penyeimbang dari beberapa profil tendon

Profil Tendon Beban Penyeimbang



Kelebihan dan Kekurangan Beton Prategang

Kelebihan dari beton prategang apabila dibandingkan dengan beton bertulang dirangkum pada

Tabel 2

Tabel 2 – Kelebihan beton prategang dibanding beton bertulang

Beton Prategang Beton Bertulang

1 Penampang tidak mengalami retak pada

kondisi layan:

- kekakuan lebih baik dari beton

bertulang

- kemampuan layan yang lebih baik

- mengurangi kemungkinan korosi pada

tulangan

Penampang retak jauh sebelum beban

maksimum bekerja pada kondisi layan

2 Memiliki rasio panjang bentang terhadap

tinggi penampang yang lebih besar :

- ekonomis untuk bentang panjang

karena dapat mengurangi berat sendiri

- penampang bisa dibuat lebih ramping

sehingga terlihat lebih estetik

Memiliki rasio panjang bentang terhadap

tinggi penampang yang lebih kecil

- tidak ekonomis untuk bentang panjang

3 Cocok untuk digunakan dengan teknologi

pracetak

Dapat digunakan untuk teknologi

pracetak namun terbatas penggunaanya



- QC yang baik

- Tepat untuk digunakan pada konstruksi

yang repetitif sehingga mengurangi

penggunaan bekisting misal: tiang

pancang, girder jembatan, sleeper rel,

HCS, dll.

dimana umumnya untuk architectural

concrete misal: fasade pracetak

Kekurangan dari beton prategang apabila dibandingkan dengan beton bertulang dirangkum

pada Tabel 3.

Tabel 3 – Kekurangan beton prategang dibanding beton bertulang

Beton Prategang Beton Bertulang

1 Teknologi yang membutuhkan keahlian

dan peralatan khusus

Tidak membutuhkan keahlian dan

peralatan khusus

2 Penggunaan material mutu tinggi cukup

mahal sehingga dapat menambah biaya

Umumnya tidak membutuhkan material

dengan mutu yang tinggi

3 Memerlukan inspeksi dan kontrol kualitas

yang khusus saat proses pelaksanaan

penarikan tendon

Memerlukan inspeksi dan kontrol

kualitas yang umum

Bagaimana Prategang Bekerja?‘14 11 Beton Prategang


Metoda Pelaksanaan dan Mekanisme Transmisi Gaya Prategang

Mekanisme transmisi gaya prategang setelah penarikan tendon pada dasarnya bergantung

pada metoda pelaksanaan yang diipilih. Metoda pelaksanaan dalam pekerjaan beton prategang

umumnya dibagi menjadi dua (2) cara yaitu :

a. Pre Tension

(a)

(b)

(c)

Gambar 10 – Metoda pelaksanaan pre tension

Keterangan:

(a) Tendon yang disiapkan, diangkur ke abutment kemudian ditarik

(b) Beton dicor kebekisting yang sudah disiapkan,

(c) Setelah beton mencapai umur ang diinginkan, tendon dipotong sedemikian sehingga

terjadi transmisi gaya prategang terjadi dari tendon ke beton

Dari Gambar 10 terlihat bahwa pada Pre Tension, tendon sudah ditarik sebelum beton

dicor. Dengan demikian saat beton dicor, strand baja dalam tendon sudah mengalami

pengurangan ukuran diameternya akibat pengaruh angka poisson dari gaya tarik yang

diberikan pada strand. Dengan asumsi terjadi ikatan antara strand dan beton, maka saat

tendon diputus dari abutment maka akibat pengaruh dari angka poisson, strand akan

mengembalikan ukuran diameternya seperti sebelum terjadi penarikan. Namun akibat

kekangan dari beton yang menyelimutinya, terjadi transfer gaya prategang dari strand ke

beton seperti diperlihatkan pada Gambar 11.



Gambar 11 – Transmisi gaya prategang pada pre tension

Dengan kekangan beton tersebut strand yang mengerucut (wedging) untuk mencegah

slip dengan beton disekitarnya yang disebut Hoyer’s effect. Panjang dimana pengaruh

Hoyer ini bekerja disebut panjang transmisi dimana pada ujung tendon tegangan yang

terjadi adalah nol dan mencapai maksimum pada akhir panjang transmisi seperti

diperlihatkan pada Gambar 12.

Gambar 12 – Panjang transmisi akibat efek Hoyer pada pre tension

b. Post Tension



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Gambar 13 – Metoda pelaksanaan Post Tension

Keterangan:

(a) Tendon diposisikan dalam duct setelah itu beton dicor. Pada post tension, tendon belum

ditarik sampai pada saat beton yang dicor mencapai umur beton yang diinginkan.

(b) Kepala angkur dan wedge diposisikan dilokasi pengangkuran hidup yang diinginkan



(c) Anchor jack diposisikan didepan kepala angkur

(d) Tendon ditarik oleh anchor jack sehingga mengalami perpanjangan sampai pada

tegangan jacking yang diinginkan

(e) Setelah mencapai tegangan jacking yang diinginkan, wedge didorong kedalam kepala

angkur sampai mengunci strand (seating) lalu jack dilepas

Dari Gambar 13 terlihat bahwa pada post tension, tendon belum ditarik sampai beton yang

dicor sudah mencapai umur rencana yang diinginkan. Transmisi gaya prategang pada post

tension pada dasarnya mengandalkan prinsip yang sama dengan pre tension dimana

kebanyakan sistem post tension yang ada mengandalkan “wedge action” yang mengunci

strand sedemikian sehingga terjadi transmisi gaya prategang. Pada pre tension, transmisi

terjadi akibat friction antara tendon dengan beton disekitarnya sedangkan pada post tension

transfer gaya prategang terjadi dengan bearing reaction dimana strand akan menarik kepala

angkur kedalam sedemikian sehingga terjadi reaksi bearing antara bearing plate dengan

beton seperti ditunjukkan pada Gambar 14.

Gambar 14 – Reaksi bearing pada post tension

Peralatan Prategang‘14 15 Beton Prategang


Komponen dan Peralatan Dalam Pekerjaan Post Tension

Pada pekerjaan beton prategang dengan cara post tension seperti diperlihatkan pada Gambar

10(a), terdapat komponen dan alat-alat yang digunakan antara lain:

- strand

- duct

- angkur

- wedge

- jack

- grout material

Gambar 15 menunjukkan lebih detail untuk komponen-komponen prategang pada post tension.

Gambar 15 – Detail komponen post tensioning

a) Strand

Strand pada dasarnya adalah gabungan dari kawat-kawat baja individu (wire strand). Tipe

strand yang paling umum digunakan adalah 7-wire strand seperti diperlihatkan pada

Gambar 16(a). Dalam pelaksanaan sendiri strand dibagi menjadi dua kelompok yaitu:

Monostrand

Monostrand (Gambar 16(b)) umumnya digunakan untuk konstruksi pada pelat lantai

dimana karena keterbatasan area pengangkuran maka penggunaan multistrand

tidak dapat dilakukan.

Multistrand



Multistrand (Gambar 16(c)) merupakan gabungan strand yang umumnya disebut

tendon pada pekerjaan post tension. Tendon ini dimasukan dalam duct dengan

kepala angkur yang memperlihatkan dengan lubang-lubang didalamnya dimana

masing-masing strand menempatkan tiap lubang yang ada sesuai kebutuhan.

Strand juga dapat dilakukan untuk lebih dari 7 kawat baja individu yang umumnya

digunakan sebagai stay cable dan kabel/hanger pada jembatan gantung namun sekarang

khusus untuk stay cable jenis yang paling umum digunakan adalah gabungan dari

beberapa monostrand seperti ditunjukkan pada Gambar 16(d).

Diameter standar dari strand yang umum adalah 0.5” (12.7 mm) dan 0.6”(15.2mm). Khusus multistrand memerlukan alat jacking khusus dan system angkur yang baik agar

dapat meminimalisir kehilangan prategang mekanis.

(a) 7-wire strand (b) Monostrand

(c) Multistrand (d) Stay cable

Gambar 16 – Strand dan aplikasinya dalam konstruksi

b) Duct

Duct merupakan selongsong yang digunakan untuk menempatkan tendon didalam beton.

Bahan yang digunakan untuk duct umumnya dari metal zinc yang sudah digalvanis yang

relatif lebih rigid dari bahan plastik. Bahan plastik sendiri sudah jarang digunakan karena

memiliki koefisien friksi yang lebih rendah dibanging duct dari bahal metal. Bentuk duct



sendiri yaitu bulat namun dapat dibuat bentuk datar/flat yang umumnya digunakan pada

konstruksi pelat lantai

Gambar 17 – Metal duct lingkar dan metal duct datar

c) Angkur

Angkur sangat bervariasi sesuai sistem transmisi gaya prategang yang ingin dicapai

akibatnya bentuk dan ukuran dari kepala angkur sangat bergantung kepada supplier dari

sistem prategang itu sendiri. Berbagai jenis sistem tersebut dan aplikasi dapat diihat pada

website dari beberapa leading supplier yang ada antara lain:

Freyssinet : www.freyssinet.com/

VSL : http://www.vsl.com/

Dywidag : http://www.dywidag-systems.com/

BBRV : http://www.bbrnetwork.com/

Structural Systems : http://www.structuralsystems.com.au/

Sesuai Gambar 13(a), angkur dibagi jadi dua (2) berdasarkan fungsinya yaitu

- Angkur hidup (stressing anchorage) : angkur dimana penarikan strand/tendon

dilakukan

- Angkur mati (dead-eand anchorage) : angkur dimana tidak terjadi penarikan

strand/tendon

Kedua ujung angkur dapat menggunakan angkur hidup jadi penarikan strand/tendon

dilakukan dari kedua ujung. Hal ini umumnya digunakan dalam konstruksi jembatan yang

panjang untuk mengurangi kehilangan prategang mekanis. Gambar 18 menunjukkan

beberapa jenis angkur yang dijual dipasaran.



http://www.structuralsystems.com.au/

http://www.bbrnetwork.com/

http://www.dywidag-systems.com/

http://www.vsl.com/

http://www.freyssinet.com/

d) Wedge

Sesuai uraian mengenai transmisi gaya prategang pada sistem post tension, wedge

digunakan untuk mengunci strand pada posisinya didalam kepala angkur. Gambar 19

menunjukkan bentuk wedge yang umum digunakan yaitu conical wedge.

(a) Angkur hidup VSL (b) Angkur mati VSL

(c) Angkur hidup Freyssinet (d) Angkur mati Feryssinet

Gambar 18 – Angkur hidup dan mati VSL dan Freyssinet

Gambar 19 – Conical wegde

e) Jack



Untuk pekerjaan penarikan strand diperlukan alat jacking yang bervariasi juga bergantung

dari tipe strand dan kepala angkur yg digunakan. Dengan demikian, pada umumnya

penggunaan sistem prategang dari supplier tertentu harus juga menggunakan alat jack dari

suppier tersebut. Gambar 20 menunjukkan beberap alat jacking yang umum digunakan.

(a) Jack untuk monostrand (b) Jack untuk musltistrand

Gambar 20 – Alat jacking

f) Grout material

Material yang digunakan untuk grouting umumnya adalah jenis semen grout yang memiliki

homogenitas, fluiditas dan kekuatan yang baik. Tingkat fluditas dari semen grout umumnya

dilakukan dengan Flow Cone Test untuk menjamin workability yang tinggi dari material

gruuting.

Gambar 21 – Semen grout dan flow cone test



Daftar Pustaka[1] S. L. Lee, S. Tumilar, H. C. Chin, “Column Load Balancing in Prestressed Concrete

Building”, Journal of Structural Engineering, Vol. 116, No. 11, November 1990, pp. 3077-

3089

[2] Prestressed Concrete: A Fundamental Approach 5th Ed by Edward G Nawy

[3] Design of Prestressed Concrete Structures 3rd Ed by T Y Lin

[4] Handbook of International Bridge Engineering, Editor: Wai-Fah Chen & Lian Duan

[5] VSL Post Tensioning Solution Manual

[6] Freyssinet Prestressing – Design, Build, Maintain Manual



beton prategang modul 1.doc

Documents